1930

Дибутилфталат C6H4(COOC4H9)2 – дибутиловый эфир фталевой кислоты. Бесцветная маслянистая жидкость, tкип = 340 °C (с разложением) (206 °С при 11 мм рт. ст.), хорошо растворим в органических растворителях (этаноле, бензоле, ацетоне), малорастворим в воде (~0,1% при 20 °С). Малотоксичен [64]. Основные характеристики дибутилфталата приведены в табл. 2.3.

Ортофталевая полиэфирная смола 540-M 888 представляет собой вязкую жидкость плотностью 1110-1130 кг/м3 от светло – желтого до темно – коричневого цвета, средней реакционной способности, содержащей специальные добавки, значительно снижающие показателя испарения стирола (см. табл. 2.4). Смола 540-M 888 является тиксотропной и содержит ускоритель, который обеспечивает относительно долгий период желатинизации и быстрый процесс отверждения в сочетании с относительно низкой экзотермической температурой [65].

31

В качестве отвердителя использовали пероксид №1, который представляет собой раствор перекиси метилэтилкетона в диметилфталате, обладающий средней реакционной способностью [66]. Основные характеристики пероксида №1 приведены в табл. 2.5.

Компонент Сарэл А-04 является гидроксилсодержащим компонентом, создающим при реакции с компонентом Сарэл Б-04 полимерную основу пенополиуретана и представляет собой светлую жидкость, состоящую из смеси нескольких химических соединений, таких как полиэфиры, эмульгаторы, вспенивающие и сшивающие агенты. Компонент «А-04» малотоксичен, невзрывоопасен. При хранении компонент «А-04» имеет тенденцию к расслаиванию, и поэтому перед использованием его необходимо тщательно перемешать путем перекатывания и опрокидывания бочки в течение 5-11 мин.

Компонентом Сарэл Б-04 является полиизоцианатом марки Б высшего сорта и представляет собой смесь 50-60% диизоцианата и полиизоцианата не менее 30%. Компонент Б-04 – темная жидкость со специфическим запахом. Токсичен, предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений составляет 0,2 мг/куб.м, температура вспышки 175 °С, воспламенения 215 °С. Компонент Б-04 легко реагирует с атмосферной влагой и водой, при этом образуется осадок твердого полимерного материала. Основные характеристики компонентов Сарэл А-04 и Б-04 приведены в табл. 2.6.

32

Аэросил – чистая двуокись кремния (SiO2), полученная гидролизом паров четырехпористого кремния в пламени водорода при 1110-1400 0С. Это рыхлый голубовато-белый порошок, в уплотненном виде белая масса. Применяется как высококачественный наполнитель, загуститель. Аэросил – непористый малогидратированный продукт, с однородными по размерам частицами (5-40 нм), имеющими округлую форму, группирующимися в цепочки, хлопья. В опытах применяли аэросил марки А-300 (ГОСТ 14922-77). При введении аэросила [66] в материал увеличивается стабильность их размеров, стойкость к растрескиванию, жесткость. Физикомеханические свойства аэросила марки А 300 приведены в табл. 2.7.

Диабаз [67] представляет породу основного состава, с массивной текстурой, мелкосреднезернистой структурой, без каверн и неоднородностей, равномерно окрашенную в черный цвет. По радиационно-гигиеническим свойствам порода характеризуется как материал 1 класса, с параметрами ниже фоновых значений. Диабаз используется для производства блочного дорожного камня (мостовая брусчатка, мозаичная шашка, поребрики), для производства ритуальных изделий, в прецизионном машиностроении, а также в строительстве как цокольный камень, частью на бут и щебень. Физико-механические свойства диабаза приведены в табл. 2.8.

33

чистого белого цвета, получаемую из природных ископаемых или путем размола кварцевого песка. Кварц – минерал, одна из кристаллических разновидностей кремнезема (SiO2). Природным кварцем является горный хрусталь, кварцит, кварцевый песок и др. Кварц молотый пылевидный (ГОСТ 9077-59) выпускается с содержанием кремнезема не менее 98 %, Fe < 0,25; Fe2O3 < 0,15; Al2O3 < 1; CaO < 0,15 и влаги не более 2 %. Также обладает пьезоэлектрическими свойствами, не растворим в воде и кислотах, менее устойчив к щелочам. Нечувствителен к резким сменам температур, в зависимости от содержания примесей и гранулометрического состава выпускают двух марок: А и Б. При проведении опытов использовали маршалит марки Б. Физико-механические свойства маршалита приведены в табл. 2.9.

34

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Портландцемент – продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5 %). Клинкер представляет собой зернистый материал, полученный обжигом до спекания (при 1450 0С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента. При проведении опытов использовали портландцемент марки ПЦ 400 ДФ (ГОСТ 11178-85), физико-механи- ческие свойства которого приведены в табл. 2.10.

Гранитный порошок – это мелкодисперсная фракция гранита, харак - теризующаяся шероховатой фактурой и средней сцепляемостью с полимером, стойка к стиранию, царапинам. Гранит – полнокристаллическая, равномернозернистая или порфировидная горная порода, состоящая из кварца, полевого шпата и темноцветных минералов и обладающая высокой твердостью. Гранит используется в качестве декоративного облицовочного материала, как заполнитель для бетонов, в виде кислотоупорной облицовки. В работе использовали гранитный порошок войновского месторождения, физико-механические свойства которого приведены в табл. 2.11.

Т а б л и ц а 2.11 Физико-механические свойства гранитного порошка

35

Полиамидное волокно – синтетическое волокно, формуемое из расплавов или растворов полиамидов. Оно характеризуются высокой прочностью при растяжении, устойчивостью к знакопеременным деформациям, высоким сопротивлением к ударным нагрузкам и истиранию. Недостатками полимерного волокна являются: сравнительно низкая гигроскопичность, высокая электризуемость, относительно низкий модуль деформации при растяжении и низкие тепло-, термо- и светостойкость. В работе использовали полиамидное волокно марки найлон-6, основные физикомеханические свойства которого приведены в таблице 2.12 [68-71].

2.2. Приборы и установки, методы исследований

Экспериментальные исследования образцов из полимерных наполненных КМ при фрезеровании и сверлении проводили на вертикальнофрезерном станке модели 6Р11Ф3, с применением цилиндрических фрез Р18 Ø 15-32 мм, и на вертикально-сверлильном станке модели 2С132, с применением сверл Р6М5 Ø 5-20 мм (ГОСТ 11902-77).

При механической обработке изделий из ПКМ происходит их разрушение вследствие механо- и термодеструкции полимерной матрицы и

36

наполнителя, приводящее к снижению прочностных и упругих характеристик изделий из КМ. Основное влияние на физико-механические свойства изделий из ПКМ оказывает качество обработки, т.е. высота получающихся после обработки микронеровностей поверхностей.

Для выяснения влияния механической обработки на прочностные и упругие характеристики изделий из ПКМ провели соответствующие исследования, заключающиеся в следующем: вырезали образцы, предназначенные для определения упругих и прочностных характеристик. Предварительно отдельные участки образца обрабатывали осевым инструментом с различными режимами резания для получения вариации микронеровностей поверхности. Шероховатость поверхности каждого образца измеряли не менее чем в трех точках. Также вырезали образцы с необработанной наружной поверхности.

Определение шероховатости обрабатываемых поверхностей полимерных КМ. Для определения шероховатости обрабатываемых поверхностей использовали образцы из полимерных КМ размером 500х500х10 мм.

Параметры шероховатости измеряли цеховым профилометром с цифровым отсчетом и индуктивным преобразователем (модель 296 ТУ 2- 034-4-83). Действие прибора основано на принципе ощупывания неровностей исследуемой поверхности алмазной иглой и преобразования возникающих при этом механических колебаний щупа в изменение

электрического сигнала пропорционально этим колебаниям. Профилометр предназначен для измерения шероховатости в диапазоне

от 0,02 до 11 мкм по ГОСТ 2789-73, с погрешностью, не превышающей требования ГОСТ 19300-86, отсечкой шага 0,25 мм, длиной трассы ощупывания при измерении 6 мм и скоростью трассирования датчика 1±0,04 мм. Прибор предназначен для работы в помещениях лабораторного типа при температуре окружающей среды от 11 до 35 0С и относительной влажности от 45 до 80 %.

Пользуясь значением измеренной резонансной частоты колебаний образца прямоугольного сечения, динамический модуль упругости определяется [72]:

где ρ – плотность образца, г/см3;

l, a – соответственно длина, ширина образца, см; f – резонансная частота колебаний изгиба, Гц;

Кп – поправочный коэффициент, определяемый по таблицам и по коэффициенту Пуансона.

37

Полученные по формулам (2.1) численные значения динамического модуля упругости представляют в виде графических зависимостей.

Твердость по Гепплеру, равновесный модуль упругости, условно–мгно- веннный модуль упругости, модуль высокоэластичности полимерных КМ определяли методом внедрения конусообразного индентора. Техническая характеристика КИ приведена в табл. 2.13.

В напряженном состоянии материала по данным фотоупругости преобладает осевое сжатие. В расчетных формулах метода использованы следующие обозначения: 01, 1, 15, 41, 43 – глубина погружения

индентора через 1 с, 1 мин, 15 мин после приложения основной нагрузки и через 1 с и 1 мин после ее снятия (с поправкой ), мм; Fм и Fo – основная и остаточная нагрузка на индентор.

При расчете величин 01, 1, 15, 41, 43 вводится поправка, равная разности высот геометрически правильного конуса и конуса с округленной

Твердость по Геплеру (HBг) вычислялась по формуле:

39

Условно-мгновенный модуль упругости:

Равновесный модуль упругости, учитывающий упругую и высокоэластическую деформацию:

где K2 – коэффициент, учитывающий величину нагрузки на конусообразный индентор (табл. 2.14);

α – угол при вершине конусообразного индентора.

Определение предела прочности на растяжение при изгибе. Для определения предела прочности на растяжение при изгибе использовали образцы из полимерных композитов размерами 80х11х4 мм (ГОСТ 4648-71). Прочностные испытания образцов производили на разрывной машине для испытаний материалов типа 2166Р – 5 “ Э ”.

Машина предназначена для испытания пластмасс на растяжение, изгиб, гистерезис и малоцикловые усталостные испытания: по нагрузке, перемещению, деформации при нормальной температуре. Пределы нагрузки: наибольший 5 кН, наименьший 0,01 Н. Скорость рабочего хода активного захвата: 1...1100 мм/мин. Диапазон измерения перемещения активного захвата: при работе в верхней зоне 0...1100 мм; при работе в нижней зоне 0... 500 мм. Пределы измерений деформации (захвата типа ЗРК-0,5 при работе в верхней зоне), % от номинальной длины рабочего участка: при длине 11 мм 4150 %; при длине 20 мм 2025 %; при длине

25 мм 1600 %; при длине 50 мм 750 %.

Действие машины основано на том, что образец для испытаний, свободно лежащий на двух опорах, кратковременно нагружают в середине и определяют требуемые показатели. Скорость относительного перемещения нагружающего наконечника и опор должна быть установлена в нормативно-технической документации на материал. При отсутствии

40